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1、毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：变频调速技术在中央空调系统中的应用 学 院： 克拉玛依职业技术学院 专业班级： 自动化0931 学生姓名： 指导教师： 开题时间： 2012年 3 月 1 日 目 录摘要1第一章 引言1.1 课题的来源选题的目的及意义21.2 本课题在国内外的现状及发展趋势3第二章 中央空调的工作原理42.1 基本结构52.2 水泵的变频节能原理52.3 水泵的变频节能方案5第三章 变频器在空调中的应用63.1 变频技术介绍63.2 交流变频和直流变频的区别73.3 直流变频85. 总结96参考文献10摘 要上个世纪,我国生产的电冰箱绝大多数是定转速式电冰箱，由于它处
2、于全天工作，功耗及噪声问题严重。而近几年压缩机采用了变频技术，起动时运行平稳，可以彻底消除起动噪声，节能效果明显。随着电力电子技术的发展，无刷直流电动机控制技术逐步成熟，为其应用于变频冰箱压缩机系统打下了良好的基础。加之市场竞争对冰箱节能、低噪声提出的更高要求，使得无刷直流电动机应用于冰箱压缩机的技术成为可能。本文重点介绍这种变频冰箱压缩机的工作原理及无刷直流电动机的结构。关键词：变频冰箱,压缩机,无刷直流电动机第一章 引言1.1课题的来源、选题的目的和意义变频调速技术在空调系统中的应用针对社会发展中出现的热点和难点问题选题研究，现如今的社会，讲究环保、节能、可持续发展，如何在给人类提供方便舒
3、适的生活环境下而尽量的节约能源成为了社会的热点话题，空调是现代化楼宇中不可缺少的一部分，随着我国经济的不断发展和城市化进程的不断推进，中央空调的应用会越来越广泛。但是中央空调的能耗非常大，约占整个建筑总用电量的60%-70%。对中央空调系统的节能研究、节能改造显得尤为重要。由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，并且留10-20设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大。1其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完
4、成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。再因水泵采用的是Y-起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的34倍，一台90KW的电动机其起动电流将达到500A，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。综上，为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造，经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。这是因为变频器能根据冷
5、冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。1.2.本课题在国内外的现状及发展趋势1.2.1本课题在国内外的现状 中央空调在正常运行时，需要根据室内外的工作环境温度、使用空调的空间大小和设定的温度、冷却水温度的变化量等变量的变化，不断调整自身的运行状况，从而实现既能保证空调的舒适性又能尽量降低能耗的双重目标。故此，中央空调的控制系统对于一个空调的性能起了至关重要的作用。 大部分中央空调的冷水机组基本都是由人工设定的钟控装置控制，系统定时启动和定时关闭，每天长时间全开或者全关，轮流运行，这样对电网频繁的冲击，
6、不仅恒温效果不佳，让人感到不舒适，同时也浪费了大量的电能，工程设计人员进行空调系统节能控制方面的研究，在目前应用的系统中往往偏重于设备的运行控制管理办法，具体的控制方法上，基本采用PID控制，具有一定的鲁棒性，因为得到了广泛的应用2。1.2.2本课题在国内外的发展趋势变频节能空调近几年来成为我国空调市场上的新宠，拥有变频调速系统的中央空调能够通过温度反馈改变电机的转速使制冷量和环境达到一个平衡，具有更节能、更舒适、更环保的特点。变频空调在日本的市场占有率已超过90%以上，在欧美等发达国家的市场占有率也超过50%。2009冷年以来，变频空调在我国国内市场的发展更是日新月异，销售增速达56.24,
7、销量已占空调总销量的17.33。据有关专家预测,2010冷冻年度变频空调市场份额有望达25。据统计，我国电动机装机总容量约4亿多KW，其用电量占当年全国发电量的60%70%，而风机、水泵设备装机总功率达1.6亿KW，年耗电量3200KWh，约占当年全国电力消耗总量的1/3。而应用变频器节电率一般在20%60%，投资回收期13年，经济效益相当可观。所以大力推广应用变频调速技术不仅是当前推进企业节能降耗、提高产品质量重要手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。第二章 中央空调工作原理图1-1 中央空调冷水机组系统组成图1-2 制冷压缩机系统的原理图 2.1 基本结构由图1-1可以看出，中央空
8、调的冷水机组主要有两个水循环系统构成，即冷却水循环系统和冷冻水循环系统，压缩机（图1-2）不断地从蒸发器中抽取制冷剂蒸汽，低压制冷剂蒸汽在压缩机内部被压缩为高压蒸汽后进入冷凝器中，制冷剂和冷却水在冷凝器中进行热交换，制冷剂放热后变为高压液体，通过热力膨胀阀后，液态制冷剂压力急剧下降，变为低压液态制冷剂后进入蒸发器，在蒸发器中，低压液态制冷剂通过与冷冻水的热交换吸收冷冻水的热量，冷冻水通过盘管吹出冷风以达到降温的目的，温度升高了的循环水回到冷冻主机又成为了冷冻水，而变为低压蒸汽的制冷剂，在通过回气管重新吸入压缩机，开始新的一轮制冷循环。吧而冷却水在与制冷剂完成热交换之后，由冷却水泵加压，通过冷却
9、水管道到达散热塔与外界进行热交换，降温后的冷却水重新流入冷冻主机开始下一轮的循环。2.2水泵的变频节能原理中央空调进行热交换的大小由冷冻水的流量控制，通常采用的流量控制方法有阀门控制和调述控制4。阀门控制是通过增加管道的阻抗而达到控制流量的目的，因而浪费了能量，如果采用调速控制，冷冻水的流量由冷冻泵电机的转速决定，电机的耗电量决定于电机的输出功率，输出功率与电机转速的立方成正比，而电机转速与供电频率成正比，所以电机转速稍有下降，即稍微降低供电频率，输出功率将大幅度下降，若电机转速能根据实际所需的热交换量来调整，电机的功率将大大减少，从而显著节约电能。2.3水泵的变频节能改造方案3.3.1节能改
10、造方案选择 （a）冷却水系统 （b）冷冻水系统图1-3 循环水系统 冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成了冷却水循环系统。冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时，必将释放大量的热量，该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水送回到冷冻机组。回水的温度将高于进水的温度，形成温差，所以对于冷却泵，通过检测进水和回水的温度差来实现恒温差控制是可行的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，可以提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可以降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以实现节能的目的。从
11、冷冻主机流出的冷冻水流经所有的房间后回到冷冻主机。无疑，回水的温度将高于出水的温度，形成温差。出水管和回水管上装有检测温度的变送器。与PLC和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水的温差来控制泵的转速也是可行的，回水温度高，说明房间温度高，应该提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度。5反之，回水温度低，说明房间温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，达到节约能源的目的。变频控制原理图如图1-4所示6。图1-4 中央空调变频控制原理图第三章 变频器在空调中的应用3.1变频技术介绍：变频器的基本概念 ：变频技术是应交流电动机无级调速的需要而产生的。变频器是通过对电力半导体器件(如IGBT)等
12、的通断控制，将电压和频率固定不变的交流电工频电源，变换为电压和频率可变的交流电的电能控制装置，为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。 对于交直交型的变频器来说，为了产生可变的电压和频率。 首先要把工频 (50Hz或60Hz)的交流电源，变换为直流电(DC)再转换成各种频率(0Hz 50Hz、0Hz 60Hz 及 0Hz 400Hz )的交流电，最终实现对电机的调速运行。交流电源220/50HZ直流电310v左右变频交流电40-180v 20-
13、120 hz变频压缩机变频控制器的原理框图如图，它主要由以下部件组成：整流器，滤波器，功率逆变器。变频器中的电脑控制系统，对各取样点传来的信号进行分析处理，并经内部波形产生新的控制信号，再经驱动放大去控制变频开关，产生相应频率的模拟三相交流电压，供给压缩机。 直3.2流变频空调与交流变频空调的区别：通电转换位置检测电路交流变频空调器是将工频市电220V转换为310V直流电源，并把它送到功率模块。同时模块受微电脑送来的控制信号控制，输出频率可变的电源电压（合成波形近似正弦波），使压缩机电动机的转速随电源的频率变化而变化，从而可控制压缩机的排量，快速的调节制冷和制热量。直流变频空调同样把共频市电2
14、20V转换为直流电源，并送到功率模块。变频模块每次导通两个三极管（A+，A-不能同时导通，B+，B-不能同时导通，C+，C-不能同时导通），给两线圈通以直流电，同时模块受微电脑的控制，输出电压可变的直流电源（这里没有逆变过程），并将直流电源送至压缩机的直流电动机，控制压缩机的排量。从图（C）中可以看出，直流变频相比交流变频多一位置检测电路，使的直流变频的控制更精确。 3.3 直流变频器的原理：直流变频空调采用了无刷直流电机作为压缩机，其控制电路与交流变频控制器基本一样。直流变频控制器原理框图如图（C）所示。直流变频空调的基本原理： 采用无刷直流电动机作为压缩机的空调器称为“直流变频空调”从概念
15、上来说是不确切的，因为我们都知道直流是没有频率的，也谈不上变频，但这已经成为习惯，对于采用无刷直流压缩机的空调器就称之为直流变频空调。无刷直流电动机：无刷直流电动机与普通的交流电动机或有刷电动机的最大区别在于其转子是由稀土材料制成的永久磁钢，定子采用整距集中绕线，简单的说，就是把普通直流电动机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电动机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。这样，就可以省掉普通直流电动机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电动机称为无刷直流电动机。无刷直流电动机既克服了传统的直流电动机的一些缺陷，如电磁干扰大，噪声大，火花，可靠性差，寿命短
16、，又具有交流电动机所不具有的一些优点，如运行效率高，调速性能好，无涡流损失。所以，直流变频空调相对于变频空调而言，具有更大的节能优势。转子位置检测：由于无刷直流电动机在运行时，必须实时检测出永久转子的位置，从而进行相应的驱动控制，以驱动电动机换相，才能保证电动机平稳运行。无刷直流电动机的位置检测通常有两种方法：一是利用电动机内部的位置传感器（通常为霍尔元件）提供的信号；二是检测出无刷直流电动机相电压，利用相电压的采样信号进行运算后得出。在无刷直流电动机中总有两相线圈通电，一相不通电，一般无法对通电线圈测出感应电压，因此通常以剩余的一相作为转子位置检测信号用于捕捉感应电压，通过专门设计电子回路转
17、换，反过来给定子线圈施加方波电压。由于后一种省掉了位置传感器，所以直流变频空调压缩机都采用后一种方法进行电动机换相。 5总结；以上是本人对变频器基本工作原理的一些阐述,结合变频技术的特点,阐明了变频空调器的变频工作原理。随着变频技术的进一步提高和发展,更多的领域有待我们去探讨和研究。5.课题的进度安排1、第一周：熟悉课题设计内容查阅相关资料。 2、第二周：查找相关资料根据设计内容，列出设计大纲。 3、第三周：查找相关的外文资料，并翻译成中文。4、第四周：组织相关资料，根据设计大纲，撰写开题报告。 5、第五周：组织相关资料，撰写绪论部分。6、第六周：检查绪论部分，加强对PLC相关知识的学习。7、
18、第七周：检查开题报告和外文翻译并做进一步修改。8、第八周：继续学习PLC的相关理论。9、第十六周：重新组织论文结构补充完善论文。10、第十七周：整理毕业论文及图纸。11、第十八周：准备答辩。6.主要参考文献1 廖传善.空调设备与节能系统控制M. 北京：中国建筑工业出版社，1994.2 孙增圻.智能控制理论与技术M. 北京：清华大学出版社，广西科学技术出版社，1997.3 吴继红.中央空调工程设计与施工M. 北京：高等教育出版社，1997.4 杜金城.电器变频调速设计技术M. 北京：中国电力出版社，2001.5 张子慧.制冷空调，自动控制M. 北京：科学出版社，2000.6 胡寿松.自动控制原理（第3版）M. 北京：国防工业出版社，1994.7 王兆义.变频器应用与实训指导M. 北京：高等教育出版社，2005.8 张还.三菱FX系列PLC设计与开发M. 北京：机械工业出版社，2009.9 廖常出. PLC编程与应用M. 北京：机械工业出版社，2002.10 李英顺，佟维妍，高成，赵葵茹.现代检测技术M. 北京：中国水利水电出版社，2009.
